用于創(chuàng)建支架移植物的方法以及計(jì)算和打印單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的基礎(chǔ)是通過第一接口接收至少一個(gè)第一3D圖像數(shù)據(jù)集，其中，第一3D圖像數(shù)據(jù)集包括患者的血管段在不同時(shí)間點(diǎn)的3D圖像。本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在第一3D圖像數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，血管段的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)和血管段的空間路線可以均借助于確定單元來確定。該附加信息借助于計(jì)算單元在血管段的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上和在血管段的空間路線的基礎(chǔ)上使得能夠計(jì)算支架移植物的數(shù)字3D模型。因此，3D模型考慮到了第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)和空間路線，以使基于數(shù)字3D模型的支架移植物借助于3D打印機(jī)單獨(dú)地適于患者的解剖結(jié)構(gòu)。
【專利說明】
用于創(chuàng)建支架移植物的方法以及計(jì)算和打印單元
【背景技術(shù)】
[0001]血管可以由于老化、疾病、壓力或消耗酒精、煙草和其它藥物而改變。例如，血管可以由于斑塊沉積而收縮，其中，梗塞風(fēng)險(xiǎn)由于收縮而增加。更進(jìn)一步地，可以出現(xiàn)血管的動(dòng)脈瘤和其它危險(xiǎn)改變。這種類型的改變可以通過醫(yī)學(xué)成像(諸如計(jì)算機(jī)斷層攝影或磁共振成像)進(jìn)行診斷。各種選項(xiàng)公知用于減少由于血管改變而導(dǎo)致的患者的危險(xiǎn)。例如，可以通過旁路繞過收縮的血管或可以通過支架移植物(特別地，通過所謂的支架)擴(kuò)張并且穩(wěn)定收縮的血管。
[0002]常規(guī)支架移植物(stent graft)被預(yù)先制造并且不單獨(dú)適于患者。新類型的主動(dòng)脈支架移植物是基于主動(dòng)脈的數(shù)字3D模型并且通過3D打印來產(chǎn)生。更進(jìn)一步地，可以基于3D圖像數(shù)據(jù)來創(chuàng)建3D模型。在未審專利申請(qǐng)US2013 0296 998A1中描述了這種類型的新型支架移植物。本文中所描述的支架移植物具有用于從主動(dòng)脈分支的血管的開口。這極大地限制了支架移植物的個(gè)體適應(yīng)的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此，本發(fā)明的目的是提供一種支架移植物，其單獨(dú)適于患者的解剖結(jié)構(gòu)。
[0004]該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法、根據(jù)權(quán)利要求10所述的計(jì)算和打印單元、根據(jù)權(quán)利要求13所述的成像設(shè)備、根據(jù)權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品、根據(jù)權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和根據(jù)權(quán)利要求16所述的支架移植物來實(shí)現(xiàn)。
[0005]以下描述了用于實(shí)現(xiàn)相對(duì)于所要求保護(hù)的裝置和相對(duì)于所要求保護(hù)的方法的對(duì)象的根據(jù)本發(fā)明的器件。任何特征、優(yōu)點(diǎn)或備選實(shí)施例還可以應(yīng)用于其它所要求保護(hù)的主題，反之亦然。換言之，實(shí)質(zhì)性權(quán)利要求(其例如涉及一種裝置)還可以結(jié)合方法所描述或要求保護(hù)的特征進(jìn)行發(fā)展。這里，通過對(duì)應(yīng)的實(shí)質(zhì)性模塊來體現(xiàn)方法的對(duì)應(yīng)的功能特征。
[0006]本發(fā)明基于通過第一接口接收至少一個(gè)第一3D圖像數(shù)據(jù)集的事實(shí)，其中，第一3D圖像數(shù)據(jù)集包括患者血管段在不同時(shí)間點(diǎn)的3D圖像。本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在第一 3D圖像數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，可以通過確定單元來確定血管段的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)和血管段的空間路線(spatial course)。該附加信息使得能夠通過計(jì)算單元在血管段的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上和在血管段的空間路線基礎(chǔ)上計(jì)算支架移植物的數(shù)字3D模型。因此，3D模型考慮了第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)和空間路線，使得支架移植物通過3D打印機(jī)在數(shù)字3D模型的基礎(chǔ)上單獨(dú)適于患者的解剖結(jié)構(gòu)。支架移植物被設(shè)計(jì)成支撐或更換血管段。
[0007]血液動(dòng)力學(xué)描述了血管系統(tǒng)和/或血管段的流動(dòng)或移動(dòng)，特別地，作為物理參數(shù)的函數(shù)。因此，血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)是適合于描述流體(特別地，血液)的流動(dòng)或移動(dòng)的物理參數(shù)。如果在計(jì)算3D模型期間考慮到血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，則可以創(chuàng)建對(duì)于特定患者而言特別可靠并且特別功能性的支架移植物。特別地，可以計(jì)算3D模型，使得支架移植物連同血管段和/或連同與血管段相鄰的患者的血管系統(tǒng)的區(qū)域一起，具有預(yù)先確定的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)或該血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的預(yù)先確定的值范圍。這種類型的預(yù)先確定的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)或預(yù)先確定的值范圍有利地與健康患者相對(duì)應(yīng)。因此，本發(fā)明使得能夠生產(chǎn)新一代支架移植物，其被創(chuàng)建使得功能特性單獨(dú)適于患者的解剖結(jié)構(gòu)。
[0008]更進(jìn)一步地，重要的是確定血管段的空間路線，因?yàn)檫@在不同患者之間可以差別很大。如果在該路線的基礎(chǔ)上計(jì)算3D模型，則支架移植物單獨(dú)適于患者的解剖結(jié)構(gòu)?？梢詧?zhí)行適配，使得支架移植物至少部分地具有血管段的形狀。特別地，這還使得對(duì)于血管段具有不尋常的空間路線的患者能夠創(chuàng)建支架移植物?？臻g路線描述了血管段的3D擴(kuò)展，S卩，特別地，分支、扭曲還有與平直路線的偏差。重要的是在空間路線的基礎(chǔ)上計(jì)算數(shù)字3D模型以使支架移植物中的或由支架移植物支撐的血管段中的流體能夠以預(yù)先確定的方式流動(dòng)。特別地，這使流動(dòng)(諸如用健康患者所預(yù)期的流動(dòng))能夠恢復(fù)。特別地，該流體可以是血液。
[0009]更進(jìn)一步地，可以確定考慮到血管段的空間路線的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。還可以通過模擬來確定第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。例如，可以執(zhí)行流動(dòng)模擬，利用該流動(dòng)模擬模擬流體流過血管段或流過患者的血管系統(tǒng)。模擬可以基于Navier-Stokes方程。更進(jìn)一步地，可以數(shù)字地執(zhí)行模擬。這樣的模擬可以作為CFD(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的縮寫)的基礎(chǔ)?？梢杂肍EM(有限元建模的縮寫)執(zhí)行模擬。
[0010]使用這種類型的模擬，已知一些參數(shù)(例如，血液粘度)并且從3D圖像數(shù)據(jù)集推導(dǎo)出其它參數(shù)(諸如血管段在不同時(shí)間點(diǎn)的擴(kuò)展)?，F(xiàn)在，可以從中推導(dǎo)出血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，例如，在心動(dòng)周期期間的平均壓力。這種類型的模擬使得能夠特別精確地確定第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。還可以根據(jù)哪些模擬參數(shù)是已知的來計(jì)算多個(gè)不同的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
[0011 ]通過3D打印機(jī)創(chuàng)建支架移植物。這種類型的3D打印機(jī)直接根據(jù)3D模型的示例創(chuàng)建支架移植物，特別地，通過CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的縮寫)。不同材料可以用于創(chuàng)建，特別地，陶瓷、金屬、塑料和合成樹脂。同時(shí)，不同材料可以通過熔融或粘合劑過程彼此連接。3D打印的特殊變體包括用于金屬的選擇性激光熔融或電子束熔融，以及用于塑料、陶瓷和金屬的選擇性激光燒結(jié)。用于本發(fā)明的特別有利的是塑料和合成樹脂的(聚)噴射方法。在這種情況下，通過一個(gè)或多個(gè)噴嘴來涂敷多層一種或多種塑料和/或合成樹脂。因此，3D打印機(jī)可以包括用于涂敷塑料和/或合成樹脂層的一個(gè)或多個(gè)噴嘴。
[0012]支架移植物由生物相容性材料制成或用其涂覆。更進(jìn)一步地，支架移植物可以由于化學(xué)處理和/或表面處理而具有附加功能。例如，支架移植物可以包括藥理學(xué)活性物質(zhì)，使得它們被釋放到患者的血液循環(huán)中。
[0013]支架移植物可以具有至少一個(gè)緊湊構(gòu)造和擴(kuò)展構(gòu)造，其中，緊湊構(gòu)造的橫截面基本上小于擴(kuò)展構(gòu)造。特別地，通過減少橫截面面積10%以上、25%或50%來實(shí)現(xiàn)基本上較小的橫截面。在緊湊構(gòu)造中，支架移植物被設(shè)計(jì)成通過患者的血管系統(tǒng)(特別地，通過腹股溝區(qū)域中的血管系統(tǒng)的入口)輸送到血管段。這使得支架移植物適合于微創(chuàng)外科手術(shù)。更進(jìn)一步地，支架移植物被體現(xiàn)成在患者的血管段的區(qū)域中從緊湊構(gòu)造改變成擴(kuò)展構(gòu)造。在擴(kuò)展構(gòu)造中，支架移植物執(zhí)行其預(yù)期功能，并且因?yàn)橹Ъ芤浦参飭为?dú)適于患者的解剖結(jié)構(gòu)，所以以特別可靠的方式穩(wěn)定血管段。
[0014]可替代地，支架移植物可能不適合于微創(chuàng)外科手術(shù)，并且僅具有預(yù)先確定的構(gòu)造。只具有預(yù)先確定的構(gòu)造的支架移植物生產(chǎn)特別簡(jiǎn)單，并且可以更進(jìn)一步地被體現(xiàn)為特別穩(wěn)定。這種類型的支架移植物仍然可以具有彈性，該彈性例如由于流過支架移植物的流體的壓力而對(duì)預(yù)先確定的構(gòu)造產(chǎn)生稍微改變。然而，這基本上不會(huì)減少或擴(kuò)大橫截面。
[0015]更進(jìn)一步地，血管段可以位于身體的不同區(qū)域，特別地，在腹部中、在四肢中或甚至在大腦中。血管段適合于輸送流體，特別地，血液。根據(jù)本發(fā)明的支架移植物特別適合于支撐分支的血管段。例如，血管段可以是主動(dòng)脈的一部分。這是因?yàn)樘峁┚哂羞@種類型的血管段的可靠的支架移植物是特別重要的。更進(jìn)一步地，由于分支在不同患者之間變化更大，所以特別有利的是支撐分支的血管段。因此，還可以分支支架移植物本身。更進(jìn)一步地，因?yàn)槠駷橹怪荒苁褂枚鄠€(gè)單獨(dú)的支架移植物來支撐分支的血管段，所以非常有利的是提供分支的連貫支架移植物。用于使用多個(gè)單獨(dú)的支架移植物的方法是復(fù)雜的，因此易于出錯(cuò)。更進(jìn)一步地，分支的連貫支架移植物更穩(wěn)定并且比多個(gè)單獨(dú)的支架移植物更適于患者的解剖結(jié)構(gòu)。
[0016]因此，支架移植物還可以從內(nèi)部支撐給定的血管段。然而，更進(jìn)一步地，支架移植物還可以被體現(xiàn)成更換血管段。在特別極大地改變的血管段的情況下，該血管段的更換可以比用于血管段的支撐產(chǎn)生血管系統(tǒng)的更可靠的功能。在這種情況下，支架移植物延伸超過血管段以被更換，從而使得能夠?qū)⒅Ъ芤浦参锟煽抗潭ǖ交颊叩难芟到y(tǒng)。如果支架移植物被體現(xiàn)成更換血管段并且執(zhí)行血管假體的功能，則可以特別地不適合用于微創(chuàng)外科手術(shù)并且僅具有預(yù)先確定的構(gòu)造。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，基于不同時(shí)間點(diǎn)之間的血管段的改變來確定第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。在這種情況下，因?yàn)檫@種類型的改變直接與血流相互作用，所以血管段的改變特別適合于確定第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。該改變可以特別地涉及幾何改變。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該改變涉及血管段的擴(kuò)展。現(xiàn)代的成像設(shè)備使得能夠精確地確定血管段的擴(kuò)展。在這種情況下，擴(kuò)展可以特別地涉及血管段的橫截面的直徑。更進(jìn)一步地，擴(kuò)展可以涉及血管段的外部直徑和內(nèi)部直徑兩者。可以基于血管段的擴(kuò)展的改變來確定多個(gè)第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在患者的至少一個(gè)心動(dòng)周期期間確定血管段的最大擴(kuò)展和血管段的最小擴(kuò)展。因?yàn)樽畲髷U(kuò)展和最小擴(kuò)展之間的擴(kuò)展差特別大，所以這使得能夠特別精確地確定第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并且因此提供關(guān)于對(duì)血管段的擴(kuò)展的改變的特別有用的信息。典型地，在心臟收縮階段期間測(cè)量最大擴(kuò)展，并且典型地，在心臟舒張階段期間測(cè)量最小擴(kuò)展。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)至少涉及血管段的彈性、或血管段中的血流速率、或血管段中的血壓。這些血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)于評(píng)價(jià)血管段的狀況特別重要。因此，可以創(chuàng)建支架移植物，使得在使用支架移植物期間，這些血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)位于預(yù)先確定的值范圍內(nèi)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)涉及血管段的彈性，其中，支架移植物由至少兩種不同材料創(chuàng)建，其中，選擇材料使得支架移植物具有第一彈性。特別地，可以計(jì)算第一彈性使得支架移植物連同血管段和/或連同與血管段相鄰的患者的血管系統(tǒng)的區(qū)域一起具有特定彈性。出于本申請(qǐng)的目的，彈性可以是壓縮模量、剪切模量或彈性模量。彈性還可以是所命名的模量中的一個(gè)模量周圍的預(yù)先確定的值范圍。這種類型的預(yù)先確定的模量或預(yù)先確定的值范圍有利地與健康患者相對(duì)應(yīng)。
[0022]彈性模量還被稱為楊氏模量并且以SI單位N/m2給出，因此具有機(jī)械應(yīng)力的單位。彈性模量對(duì)支架移植物如何對(duì)流過支架移植物的流體的壓力做出反應(yīng)具有很大的影響。支架移植物的彈性模量越低，流動(dòng)流體的特定壓力下的支架移植物的擴(kuò)展越大。支架移植物的擴(kuò)展還伴隨著支架移植物的直徑的增加，因此通過支架移植物的體積流量增加。對(duì)于層流，這種關(guān)系由Hagen-Poiseui I Ie定律表示。
[0023]特定彈性對(duì)于患者的血管系統(tǒng)輸送血液是重要的。在心臟收縮階段期間，血液從心臟栗入血管系統(tǒng)，并且血管系統(tǒng)中的壓力上升。在心臟舒張階段期間，心臟充滿血液，并且血管系統(tǒng)中的壓力下降。由于在心臟收縮階段期間積聚的壓力和相關(guān)擴(kuò)展，血管系統(tǒng)執(zhí)行能量存儲(chǔ)的功能。由于血管的收縮，血液還在舒張階段期間流過血管系統(tǒng)。如果血管段的彈性太低或太高，則該血管段不再能夠以設(shè)想的方式執(zhí)行能量存儲(chǔ)庫(kù)的功能。例如，在患有外周動(dòng)脈阻塞性疾病的情況下，血管段的病理改變的彈性對(duì)患者產(chǎn)生嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。
[0024]更進(jìn)一步地，彈性可以是各向異性的，以使支架移植物的彈性沿著不同方向具有不同值。因此，還可以計(jì)算一個(gè)或多個(gè)預(yù)先確定的方向(特別地，在橫截面平面內(nèi)或垂直于中心線)的僅一個(gè)值的第一彈性?？商娲?，第一彈性可以是各向異性的并且計(jì)算不同方向的不同值。
[0025]特別地，在固化條件下，不同材料可以具有不同彈性程度。如果材料以受控方式混合，則所得到的混合材料的彈性可以得到控制。更進(jìn)一步地，在創(chuàng)建支架移植物期間，可以使用不同材料使得支架移植物具有不均勻的或各向異性的材料特性，特別地，不均勻的或各向異性的彈性特性。該材料可以是塑料。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，更進(jìn)一步地，基于數(shù)據(jù)庫(kù)來計(jì)算第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，其中，多個(gè)另外的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。本發(fā)明的該方面使得能夠計(jì)算考慮到附加信息的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的另一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)可以特別地與健康血管段相對(duì)應(yīng)。這種類型的數(shù)據(jù)庫(kù)可以存儲(chǔ)多個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，特別地，作為另一參數(shù)(諸如特定血管段或特定患者群)的函數(shù)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在第一圖像數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上確定血管段的中心線，其中，基于中心線來確定血管段的空間路線。特別地，可以確定這種類型的中心線用于血管段的分割或在血管段的分割之后確定這種類型的中心線。如果基于中心線確定血管段的空間路線，則特別精確地確定它。還有，當(dāng)對(duì)血管段進(jìn)行分支時(shí)，可以確定一個(gè)以上的中心線。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，血管段的空間路線的確定需要沿著中心線的擴(kuò)展的空間路線的確定。血管段的擴(kuò)展可以沿著中心線改變。如果還確定了該路線并且因此沿著中心線的擴(kuò)展的改變，則特別精確地確定血管段的路線。在這種情況下，擴(kuò)展可以特別涉及血管段的橫截面平面的直徑。更進(jìn)一步地，擴(kuò)展可以涉及血管段的外部直徑和內(nèi)部直徑兩者。這對(duì)于確定該路線并且因此由于這是用于確定流動(dòng)特性的決定性因素而導(dǎo)致的血管段的內(nèi)部直徑的改變而言是特別重要的。因此，可以確定血管段是否是例如由于急劇減少的直徑而導(dǎo)致的病理收縮。
[0029]數(shù)字3D模型可以包括支架移植物的結(jié)構(gòu)和材料特性。該結(jié)構(gòu)還包括支架移植物的表面。特別地，3D模型可以指示哪些材料特性應(yīng)該出現(xiàn)在支架移植物的哪個(gè)區(qū)域。更進(jìn)一步地，3D模型信息可以包含關(guān)于哪些材料應(yīng)該在支架移植物的哪些區(qū)域中進(jìn)行處理和/或這些材料應(yīng)該如何處理的信息。例如，數(shù)字3D模型可以包括關(guān)于要通過(聚)噴射方法涂敷的各個(gè)層的層厚度的信息。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，數(shù)字3D模型經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)被傳送到3D打印機(jī)。這使得能夠在不同的地方生產(chǎn)支架移植物。數(shù)字3D模型可以包括用于創(chuàng)建支架移植物所需的所有信息。然而，在傳送之后，可以修改3D模型。例如，數(shù)字3D模型可以以STL(表面鑲嵌語言的縮寫)提供。特別地，網(wǎng)絡(luò)可以是內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)。
[0031]更進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種用于創(chuàng)建支架移植物的計(jì)算和打印單元，包括以下單元:
[0032]-第一接口，其被體現(xiàn)成接收至少一個(gè)第一3D圖像數(shù)據(jù)集，其中，該第一3D圖像數(shù)據(jù)集包括患者血管段在不同時(shí)間點(diǎn)的3D圖像，
[0033]-確定單元，其被體現(xiàn)用于在第一圖像數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上第一確定血管段的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并且用于在第一 3D圖像數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上第二確定血管段的空間路線，
[0034]-計(jì)算單元，其被體現(xiàn)成在血管段的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上和在血管段的空間路線的基礎(chǔ)上計(jì)算支架移植物的數(shù)字3D模型，
[0035]-3D打印機(jī)，其被體現(xiàn)成在數(shù)字3D模型的基礎(chǔ)上創(chuàng)建支架移植物。
[0036]特別地，這種類型的計(jì)算和打印單元可以被體現(xiàn)成根據(jù)本發(fā)明及其方面進(jìn)行上文所描述的方法。計(jì)算和打印單元被體現(xiàn)成執(zhí)行這個(gè)方法及其方面在于:第一接口、確定單元、計(jì)算單元和3D打印機(jī)被體現(xiàn)成執(zhí)行對(duì)應(yīng)的方法步驟。更進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種成像設(shè)備，其被體現(xiàn)成記錄包括根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算和打印單元的第一 3D圖像數(shù)據(jù)集。
[0037]該成像設(shè)備可以是斷層攝影設(shè)備，特別地，計(jì)算機(jī)斷層攝影設(shè)備或磁共振成像設(shè)備。更進(jìn)一步地，該成像設(shè)備可以是X射線設(shè)備，諸如C形臂X射線設(shè)備。特別地，該成像設(shè)備可以是被設(shè)計(jì)成記錄3D圖像數(shù)據(jù)集的超聲設(shè)備。第一 3D圖像數(shù)據(jù)集包括血管段在不同時(shí)間點(diǎn)的多個(gè)3D圖像。3D圖像至少描繪了對(duì)于其要?jiǎng)?chuàng)建支架移植物的血管段。特別地，3D圖像可以是斷層攝影圖像。例如，在用斷層攝影設(shè)備在不同時(shí)間點(diǎn)記錄3D圖像數(shù)據(jù)集期間，獲取多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)。這個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)可以用于使用不同時(shí)間焦點(diǎn)(temporal foci)來重建3D圖像。在這種背景下，重建的3D圖像應(yīng)該被分配給不同的時(shí)間點(diǎn)。特別地，可以在單個(gè)所謂的掃描期間獲取用于3D圖像數(shù)據(jù)集的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0038]出于本申請(qǐng)的目的，“3D”表示空間上三維特性。由于第一3D圖像數(shù)據(jù)集包括不同時(shí)間點(diǎn)的3D圖像，所以第一3D圖像數(shù)據(jù)集還可以被指定4D圖像數(shù)據(jù)集。在這種情況下，“4D”表示空間上三維特性和時(shí)間特性。
[0039]本發(fā)明還涉及一種具有計(jì)算機(jī)程序和計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。一種基本上基于軟件的實(shí)現(xiàn)方式具有的優(yōu)點(diǎn)是已經(jīng)使用迄今的控制器設(shè)備可以簡(jiǎn)單地用軟件更新進(jìn)行改型，以便根據(jù)本發(fā)明來操作。除了計(jì)算機(jī)程序之外，這種類型的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以任選地包括附加的部件(諸如例如，文檔記錄和/或包括硬件部件(諸如例如，用于使用軟件的硬件鍵(加密狗等))的附加部件)。
【附圖說明】
[0040]以下參照附圖中所示的示例性實(shí)施例更詳細(xì)地描述和解釋了本發(fā)明，其示出了:[0041 ]圖1是計(jì)算和打印單元，
[0042]圖2是具有計(jì)算和打印單元的網(wǎng)絡(luò)，
[0043]圖3是成像設(shè)備，
[0044]圖4是血管段的3D圖像，
[0045]圖5是支架移植物，
[0046]圖6是用于創(chuàng)建支架移植物的方法的流程圖，
[0047]圖7是通過支架移植物的橫截面。
【具體實(shí)施方式】
[0048]這里所示出的計(jì)算和打印單元和這里所示出的成像設(shè)備均被設(shè)計(jì)成執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。圖1示出了計(jì)算和打印單元。這里所示出的計(jì)算和打印單元包括第一接口 19、確定單元18、計(jì)算單元15和3D打印機(jī)30。第一接口 19可以需要通常已知的硬件或軟件接口，例如，硬件接口 PCI總線、USB或火線。確定單元18和計(jì)算單元15兩者均可以包括軟件元件和硬件元件，例如，微處理器或所謂的FPGA(“現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列”的縮寫)。確定單元18和計(jì)算單元15可以是計(jì)算機(jī)12的一部分。更進(jìn)一步地，計(jì)算和打印單元能夠與數(shù)據(jù)庫(kù)31通信。計(jì)算和打印單元可以進(jìn)一步包括接口，特別地，用于與數(shù)據(jù)庫(kù)31和3D打印機(jī)30通信。
[0049]圖2示出了具有計(jì)算和打印單元的網(wǎng)絡(luò)。第一3D圖像數(shù)據(jù)集24被存儲(chǔ)在服務(wù)器16上，并且可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)27被傳送到客戶端28。在這里所示出的實(shí)施例中，該客戶端28包括接口 19、確定單元18和計(jì)算單元15。根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序29以可執(zhí)行的方式被存儲(chǔ)在客戶端28上?？蛻舳?8可以訪問其上存儲(chǔ)多個(gè)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)31。在這里所示出的示例性實(shí)施例中，所計(jì)算的3D模型26被直接傳送到3D打印機(jī)30。在另一實(shí)施例中，這里未示出，3D模型26被傳送回服務(wù)器16或另一客戶端。這里，數(shù)字3D模型到3D打印機(jī)30的傳送TRF還可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)27發(fā)生。因此，3D打印機(jī)30還可以連接到服務(wù)器16或另一客戶端。
[0050]圖3示出了使用計(jì)算機(jī)斷層攝影設(shè)備的示例的成像設(shè)備。這里所示出的計(jì)算機(jī)斷層攝影設(shè)備具有記錄單元17，該記錄單元17包括X射線源8和X射線檢測(cè)器9。在獲取測(cè)量數(shù)據(jù)期間，記錄單元17繞著系統(tǒng)軸線5轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在記錄期間，X射線源8發(fā)射X射線2。在這里所示出的示例中，X射線源8是X射線管。在這里所示出的示例中，X射線檢測(cè)器9是具有多個(gè)線的線檢測(cè)器。
[0051]在這里所示出的示例中，在獲取測(cè)量數(shù)據(jù)期間，患者3躺在患者床6上?；颊叽?被連接到床底座4，使得底座支撐帶有患者3的患者床6。患者床6被設(shè)計(jì)成通過記錄單元17的開口 10沿著接收方向移動(dòng)患者3。一般而言，接收方向由在記錄測(cè)量數(shù)據(jù)期間記錄單元17繞著其轉(zhuǎn)動(dòng)的系統(tǒng)軸線5限定。在螺旋記錄的情況下，患者床6連續(xù)地移動(dòng)通過開口 10，同時(shí)記錄單元17繞著患者3轉(zhuǎn)動(dòng)并且獲取測(cè)量數(shù)據(jù)。因此，X射線2描述了患者3的表面上的螺旋形。更進(jìn)一步地，對(duì)于基于測(cè)量數(shù)據(jù)來重建3D圖像25，這里所示出的計(jì)算機(jī)斷層攝影設(shè)備具有重建單元14。
[0052]另外，成像設(shè)備(諸如這里所示出的計(jì)算機(jī)斷層攝影設(shè)備)還可以具有用于將造影劑注射到患者3的血液循環(huán)中的造影劑注射器。這使得能夠使用造影劑來記錄3D圖像25，使得血管段20可以用增加的對(duì)比度描繪。更進(jìn)一步地，造影劑注射器還提供了致動(dòng)血管造影記錄或進(jìn)行灌注掃描的可能性。造影劑通常應(yīng)該被理解為在成像方法期間提高身體結(jié)構(gòu)和功能的描繪的器件。在本申請(qǐng)的背景中，造影劑應(yīng)當(dāng)被理解為是指常規(guī)造影劑，諸如例如，碘或IL和示蹤劑(諸如例如，18F，11C，15O或13N)。
[0053]在這里所示出的示例中，第一接口19被體現(xiàn)為計(jì)算機(jī)12的一部分。計(jì)算機(jī)12以屏幕11和輸入單元7的形式被連接到輸出單元。可以以不同形式在屏幕上描繪3D圖像25，例如，作為繪制體積圖像或剖視圖。輸入單元7例如是鍵盤、鼠標(biāo)、所謂的“觸摸屏”或甚至用于語音輸入的麥克風(fēng)。輸入單元7可以用來啟動(dòng)根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序29?？梢酝ㄟ^輸入單元7支持根據(jù)本發(fā)明的方法的各個(gè)步驟;例如，點(diǎn)擊鼠標(biāo)可以確認(rèn)選擇3D圖像中的血管段。
[0054]這里所示出的計(jì)算機(jī)斷層攝影設(shè)備包括用于重建3D圖像的重建單元14。更進(jìn)一步地，計(jì)算機(jī)12包括確定單元18和計(jì)算單元15。計(jì)算機(jī)12和分配給其的單元可以與計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)13交互，特別地，以便通過具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序29執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。更進(jìn)一步地，計(jì)算機(jī)程序29的程序代碼可以以可檢索的方式被存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)13上。特別地，機(jī)器可讀介質(zhì)可以是⑶、DVD、藍(lán)光光盤、記憶棒或硬盤。在這種情況下，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)程序29和對(duì)應(yīng)的程序代碼。
[0055]在這里所示出的實(shí)施例中，至少一個(gè)計(jì)算機(jī)程序29被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)12的存儲(chǔ)器上，其當(dāng)在計(jì)算單元15上執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序29時(shí)，執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的所有方法步驟。用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的方法步驟的計(jì)算機(jī)程序29包括程序代碼。更進(jìn)一步地，計(jì)算機(jī)程序29可以被體現(xiàn)為計(jì)算機(jī)12上的可執(zhí)行文件和/或除了計(jì)算機(jī)12之外的計(jì)算系統(tǒng)上的可執(zhí)行文件。例如，可以設(shè)計(jì)計(jì)算和打印單元，使得計(jì)算機(jī)程序29被裝載到計(jì)算和打印單元的存儲(chǔ)器中用于經(jīng)由內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或經(jīng)由因特網(wǎng)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0056]圖4示出了血管段的3D圖像。在這里所示出的示例中，血管段20是腹腔中的主動(dòng)脈的一部分。這里，3D圖像25以三個(gè)不同的剖視圖的形式描繪。第一剖視圖25.1與額狀平面相對(duì)應(yīng)，第二剖視圖25.2與橫向平面相對(duì)應(yīng)，并且第三剖視圖25.3與矢狀平面相對(duì)應(yīng)。由T所指定的箭頭指示第二剖視圖25.2的位置，并且由S指定的箭頭指示第三剖視圖25.3的位置。在第一剖視圖25.1中，血管段20的中心線23還被描繪為虛線。更進(jìn)一步地，示出了血管段20沿著中心線12的擴(kuò)展的改變。這里，通過血管段20的內(nèi)徑32以示例的方式在不同的位置處指示擴(kuò)展。在這里所示出的示例中，存在狹窄33，S卩，血管段變窄。這里所示出的血管段20是重要的血液攜帶容器，以便期望的是治療狹窄33，使得血管段20的血液動(dòng)力學(xué)特性由支架移植物21調(diào)整使得它們符合健康患者3的那些特性。因此，一方面支架21移植物旨在支撐血管段20，并且另一方面，旨在影響血液動(dòng)力學(xué)特性。這里所描述的本發(fā)明使得能夠描繪支架移植物21使得其單獨(dú)適于患者3的解剖結(jié)構(gòu)，并且這樣提高血管段20的功能。
[0057]圖5示出了支架移植物。特別地，該支架移植物適合于支撐或更換圖4所示的血管段20?？梢杂脠D6所圖示的方法生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的這種類型的支架移植物21。本方法還可以任選地包括第一3D圖像數(shù)據(jù)集24的成像IMG。在這種情況下，成像MG還包括:重建3D圖像25。支架移植物21基于通過接口 19接收REC第一3D圖像數(shù)據(jù)集24，其中，第一3D圖像數(shù)據(jù)集包括患者3的血管段20在不同時(shí)間點(diǎn)的3D圖像25?，F(xiàn)在，存在通過確定單元18在第一 3D圖像數(shù)據(jù)集24的基礎(chǔ)上第一確定DET-1血管段的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，和通過確定單元18在第一 3D圖像數(shù)據(jù)集24的基礎(chǔ)上第二確定DET-2血管段20的空間路線。
[0058]特別地，第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)可以是血管段20的彈性、血管段20中的血流速率、或血管段20中的血壓?？梢灾苯訌难芏?0的擴(kuò)展(特別地，直徑)的改變來計(jì)算彈性。在這種情況下，Hooke定律可以以簡(jiǎn)單的近似來使用。還有，可以通過模擬來確定彈性?？梢酝ㄟ^超聲波確定血流速率。新方法允許還通過磁共振成像、相位對(duì)比血管造影和計(jì)算機(jī)斷層攝影來測(cè)量血流速率。這里，以示例的方式參照申請(qǐng)引用102015205959.6的德國(guó)專利申請(qǐng)。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，通過接口19接收第二圖像數(shù)據(jù)集，其中，通過確定單元在血管段20的第二圖像數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上執(zhí)行第一確定DET-1血管段的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。本發(fā)明的實(shí)施例還可以包括第二圖像數(shù)據(jù)集的記錄。更進(jìn)一步地，第一 3D圖像數(shù)據(jù)集25可以包括第二圖像數(shù)據(jù)集。例如，第一 3D圖像數(shù)據(jù)集24包括多個(gè)斷層攝影圖像，并且第二圖像數(shù)據(jù)集包括超聲圖像。現(xiàn)在，可以基于超聲圖像來確定血流速率。更進(jìn)一步地，第二圖像數(shù)據(jù)集可以是彈性成像圖像數(shù)據(jù)集。彈性成像是基于超聲波或磁共振成像，并且使得能夠確定血管段20的彈性。
[0060]特別地，可以通過流動(dòng)模擬非常精確地確定血管段20中的血壓。另一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)可以確定是FFR(血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)的縮寫)，其中，F(xiàn)FR指示由于狹窄33而導(dǎo)致的壓力下降。因此，可以設(shè)定支架移植物21，使得用于患有狹窄33的血管段20的FFR由于支架移植物21而低于預(yù)先確定的值。
[0061 ]這之后是通過計(jì)算單元15在血管段20的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上和在血管段20的空間路線的基礎(chǔ)上計(jì)算CAL支架移植物21的數(shù)字3D模型26。特別地，該3D模型26可以限定支架移植物21的特性(諸如其材料組成、支架移植物21的壁的厚度等)。可以基于至少一個(gè)3D圖像25中的血管段20的分割結(jié)構(gòu)來計(jì)算3D模型26，可以通過通常算法(諸如面向區(qū)域的算法或面向邊緣的算法)來執(zhí)行分割。還有，可以在計(jì)算CAL期間考慮預(yù)先確定的限制條件。
[0062]任選地，還可以執(zhí)行用于修改MOD 3D模型26的步驟。可以基于計(jì)算和打印單元的用戶的輸入或基于預(yù)先確定的限制條件來執(zhí)行修改MOD。輸入可以使得直接修改MOD 3D模型26在于例如設(shè)定支架移植物21的壁的厚度或支架移植物21的直徑。例如，限制條件可以涉及支架移植物21的穩(wěn)定性或支架移植物21的壁的厚度。對(duì)于用戶而言，還可以輸入限制條件。更進(jìn)一步地，任選地，可以執(zhí)行步驟PIC以顯示3D模型26。例如，可以在顯示單元11上顯示3D模型26?？梢允褂蔑@示的模型26通過經(jīng)由輸入單元11和顯示單元11的用戶的交互來執(zhí)行修改MOD。例如，可以標(biāo)記所顯示的模型26的區(qū)域并且更換所標(biāo)記的區(qū)域26。更進(jìn)一步地，修改MOD可以包括3D模型的比例縮放。
[0063]3D模型26可以以不同的格式提供或轉(zhuǎn)化成不同的格式。特別地，3D模型26可以采用STL格式。3D模型26現(xiàn)在經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)27例如通過傳送TRF被傳送到3D打印機(jī)30。這之后通過3D打印機(jī)30在數(shù)字3D模型26的基礎(chǔ)上創(chuàng)建PRT支架移植物21。在這種情況下，3D打印機(jī)30通過打印過程將關(guān)于結(jié)構(gòu)、材料組成等的信息從3D模型26轉(zhuǎn)換成支架移植物21。
[0064]可以打印支架移植物20，使得其具有光滑的表面。更進(jìn)一步地，它可以被打印，使得除了輸入和輸出流動(dòng)流體之外還具有封閉的表面?？商娲兀梢源蛴≈Ъ芤浦参?0，使得其具有柵格狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，術(shù)語“基于”可以被替換為“根據(jù)”或“功能上取決于”。
[0065]圖7示出了通過支架移植物的橫截面。因此，支架移植物20還延伸到圖像平面中并且延伸到該平面之外。橫截面在圖像平面中由內(nèi)部輪廓34和外部輪廓36劃定邊界。所示出的該示例示出了包括多種不同材料的支架移植物20。在這里所示的示例中，使用三種不同材料，但還可以使用更多或更少的不同材料。在這里所示出的示例中，第一材料36.1具有所用材料的最低的彈性模量。而第三材料36.3具有最大的彈性模量。第二材料36.2的彈性模量介于兩種其它材料之間。該材料被布置成層。在這里所示的示例中，這些層具有不同的厚度。在其它實(shí)施例中，這些層還可以具有相同的厚度。更進(jìn)一步地，這些層可以被同中心地布置。
[0066]這里所示出的實(shí)施例具有的優(yōu)點(diǎn)是支架移植物20的彈性的柔軟的內(nèi)側(cè)特別適合于產(chǎn)生在支架移植物20中流動(dòng)的流體的壓力，并且因此用于支撐流動(dòng)流體的波的傳播。支架移植物20的彈性較小的堅(jiān)硬的外側(cè)利于支架移植物的恒定的外部形狀，以使所述支架移植物是穩(wěn)定的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于創(chuàng)建支架移植物(21)的方法，包括以下步驟: -借助于第一接口(19)來接收(REC)至少一個(gè)第一3D圖像數(shù)據(jù)集(24)，其中所述3D圖像數(shù)據(jù)集(24)包括患者(3)的血管段(20)在不同時(shí)間點(diǎn)的3D圖像(25)， -借助于確定單元(18)至少基于所述第一 3D圖像數(shù)據(jù)集(24)來第一確定(DET-1)所述血管段(20)的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)， -借助于所述確定單元(18)至少基于所述第一 3D圖像數(shù)據(jù)集(24)來第二確定(DET-2)所述血管段(20)的空間路線， -借助于計(jì)算單元(15)在所述血管段(20)的所述第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上和在所述血管段(20)的所述空間路線的基礎(chǔ)上計(jì)算(CAL)所述支架移植物(21)的數(shù)字3D模型(26)， -借助于3D打印機(jī)(30)在所述數(shù)字3D模型(26)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建(PRT)支架移植物(21)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中基于在所述不同時(shí)間點(diǎn)之間的所述血管段(20)的改變來確定所述第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述改變涉及所述血管段(20)的擴(kuò)展。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在所述患者(3)的至少一個(gè)心動(dòng)周期期間確定所述血管段(20)的最大擴(kuò)展和所述血管段(20)的最小擴(kuò)展。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)涉及以下參數(shù)中的至少一個(gè)參數(shù): -所述血管段(20)的彈性， -所述血管段(20)中的血流速率， -所述血管段(20)中的血壓。6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)涉及所述血管段(20)的彈性，其中所述支架移植物(21)借助于至少兩種不同的材料被創(chuàng)建，其中選擇所述材料以使得所述支架移植物(21)具有第一彈性。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的一項(xiàng)所述的方法，其中還基于數(shù)據(jù)庫(kù)(31)來計(jì)算所述第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，其中多個(gè)另外的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)被存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)庫(kù)(31)中。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的一項(xiàng)所述的方法，其中在所述第一3D圖像數(shù)據(jù)集(24)的基礎(chǔ)上確定所述血管段(20)的中心線(23)，其中基于所述中心線(23)來確定所述血管段(20)的所述空間路線。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的一項(xiàng)所述的方法，其中所述第二確定(DET-2)所述血管段(20)的所述空間路線包括:確定沿著所述中心線(23)的所述擴(kuò)展的所述空間路線。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中的一項(xiàng)所述的方法，還包括: -經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(27)向所述3D打印機(jī)(30)傳送(TRF)所述數(shù)字3D模型。11.一種用于創(chuàng)建支架移植物(21)的計(jì)算和打印單元，包括以下單元: -第一接口(19)，被體現(xiàn)成接收(REC)至少一個(gè)第一3D圖像數(shù)據(jù)集(24)，其中所述第一3D圖像數(shù)據(jù)集(24)包括患者(3)的血管段(20)在不同時(shí)間點(diǎn)的3D圖像(25)， -確定單元(18)，被體現(xiàn)用于在所述第一 3D圖像數(shù)據(jù)集(24)的基礎(chǔ)上第一確定(DET-1)所述血管段(20)的第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并且在所述第一 3D圖像數(shù)據(jù)集(24)的基礎(chǔ)上第二確定(DET-2)所述血管段(20)的空間路線， -計(jì)算單元(15)，被體現(xiàn)成在所述血管段(20)的所述第一血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上和在所述血管段(20)的所述空間路線的基礎(chǔ)上計(jì)算(CAL)所述支架移植物(21)的數(shù)字3D模型(26)， -3D打印機(jī)(30)，被體現(xiàn)成在所述數(shù)字3D模型(26)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建(PRT)支架移植物(21)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的計(jì)算和打印單元，還被體現(xiàn)成實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求2至10中的一項(xiàng)所述的方法。13.—種被體現(xiàn)成記錄第一 3D圖像數(shù)據(jù)集(24)的成像設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的計(jì)算和打印單元。14.一種具有計(jì)算機(jī)程序(29)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品能夠被直接加載到計(jì)算和打印單元的存儲(chǔ)器中，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品具有程序段，所述程序段用于當(dāng)所述程序段由所述計(jì)算和打印單元執(zhí)行時(shí)，實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)所述的方法的所有步驟。15.—種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(13)，在其上的程序段能夠由計(jì)算和打印單元讀取和執(zhí)行，以便當(dāng)所述程序段由所述計(jì)算和打印單元執(zhí)行時(shí)，實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1-10中的一項(xiàng)所述的方法的所有步驟。16.—種使用根據(jù)權(quán)利要求1-10中的一項(xiàng)所述的方法生產(chǎn)的支架移植物(21)。
【文檔編號(hào)】A61F2/07GK106063734SQ201610257379
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日 公開號(hào)201610257379.3, CN 106063734 A, CN 106063734A, CN 201610257379, CN-A-106063734, CN106063734 A, CN106063734A, CN201610257379, CN201610257379.3
【發(fā)明人】S·阿斯曼, A·格拉分博格, J·希爾, D-A·凱爾, R·卡斯, J·魯斯
【申請(qǐng)人】西門子股份公司